浅谈智能控制的研究与应用现状

陈明烨 徐浩然

摘 要：智能控制的研究和应用目前已经十分广泛，从实验室到工业现场。从家用电器到火箭制导。从制造业到采矿业，从飞行器到武器控制，从轧钢机到邮件处理机。从工业机器人到康复假肢等，都有智能控制的用武之地。智能控制处于控制学科的前沿领域，代表着自动控制科学发展的最新进程。本文介绍了智能控制的概念、特点及研究现状，叙述了智能控制在各行各业中的应用以及智能控制的发展前景等。

关键词：智能控制 控制科学 自动控制

一、智能控制的概念及个人理解

智能控制是一种控制技术，针对控制对象及其环境、控制目标和任务的不确定性和复杂性而提出。智能控制可以自动测量被控对象的被控制量，并求出与期望值的偏差，同时采集输入环境的信息，进而根据所采集的输入信息和已有知识进行推理，得到对被控对象的输出控制，同时使偏差尽可能减小或消除。

以上是从维基百科上查找的智能控制的概念，在我自己的理解看来，就控制而言我们宜于将智能的理解的更广一些。控制器的设计本身是控制算法的设计，因而智能控制的核心自然是指具有智能特征的控制算法，而算法自然应包括仿人思维的和自然演化的。人工智能在英文中常用artificial intelligence，就是指用人造的办法实现智能，在今天它主要体现在用计算机来实现这一点上。因此智能控制的核心当是以人工智能的方法来实现的控制算法。

二、智能控制与传统控制的关系及特点

1、智能控制和传统控制的关系：传统控制方法研究的主要目标是被控对象，而智能控制研究的主要目标是控制器本身。智能控制的研究重点不在控制对象的数学模型分析，而在于智能控制器模型的建立，包括知识的获取、表示和存储，智能推理方式的设计等。其控制对象和控制性能也与传统控制有很大不同。

2、智能控制的特点：

（1）无需建立被控对象的数学模型，特别适合非线性对象、时变对象和复杂不确定的控制对象;

（2）可以具有分层递阶的控制组织结构，便于处理大量的信息和储存的知识，并进行推理;

（3）控制效果具有自适应能力，鲁棒性好;

（4）可以具有学习能力，控制能力可以不断增强。

三、智能控制的主要方法和研究热点

智能控制基于人工神经网络理论、模糊数学理论、模式识别理论及专家系统理论等，并融合生理学、心理学、行为学、运筹学、传统控制理论等多学科的知识和方法，出现了许多智能控制理论和方法，分析当前国际最新控制方法及应用的现状和发展趋势，智能控制的主要方法有：专家控制、模糊控制、神经网络控制、分级递阶智能控制、拟人智能控制、集成智能控制，即将集中控制方法或机理融合在一起而构成的智能控制方法、组合智能控制方法，即将智能控制和传统控制有机结合起来而形成的控制方法、混沌控制、小波理论。

当前的研究热点是：专家控制;神经网络控制;模糊控制;混沌控制;集成智能控制。

四、智能控制在各行各业中的应用

目前，智能控制已经广泛地应用于日常生活以及工业生产中。其工程应用现状日益成熟，而且为了方便智能控制应用的开发，研究人员开发设计了各种软硬件技术。在软件方面，有Math works公司推出的Matlab软件，硬件方面，随着集成电路技术的发展，各种人工智能芯片的出现，极大的方便了智能控制应用系统的实现。一下将介绍智能控制的工程应用。

1、机器人智能控制。采用人工智能神经网络模糊控制和专家系统技术对机器人进行定位环境建模、检测、控制和规划的研究已经日益成熟，并在多个实际应用系统中得到验证。智能控制技术也应用与机器人传感器信息融合和视觉处理方面。在机器人装配工作中利用神经网络来进行机器人手臂控制和动态调度。同时，遗传算法和进化计算为机器人系统带来了新型的优化编程和控制技术。机器人动力学的时变、强耦合和非线性特点，使得运用传统控制方法来驱动机器人存在很大的局限性，尤其对多关节、复合肢体的机器人，其关节耦合关系和线性模型使得利用一般控制方式无法达到较好的运动效果。而神经网络强大的自学和非线性映射能力使其在机器人动力学上得到广泛应用。为提高系统的鲁棒性和适应能力，引入了模糊控制原理。构造了基于模糊逻辑和神经网络的控制器，此外，水下自主运载器、水下无人车、无人自主驾驶机动车在未知或复杂危险环境下完成探索、通信、合作等功能也需要智能控制的协助实现。

2、电力电子学研究领域中的智能控制。电力系统中发电机、变压器、电动机等电机电器设备的设计、生产、运行、控制是一个复杂的过程，国内外的电气工作者将人工智能技术引入到电气设备的优化设计、故障诊断及控制中，取得了良好的控制效果。遗传算法是一种先进的优化算法，采用此方法对电器设备的设计进行优化，可以降低成本，缩短计算时间，提高产品设计效率和质量。应用与电气设备故障诊断的智能控制技術有：模糊逻辑、专家系统和神经网络。在电力电子学的众多应用领域中，智能控制在电流控制PWM技术中的应用是具有代表性的技术应用方向之一，也是研究的新热点之一。

3、汽车的智能控制。汽车在行驶的过程中，辅助驾驶系统能够地车辆的整体情况进行把握，并且根据车辆周围的具体环境情况，来进行整体的决策规划，并且根据驾驶人的实际需求，来代替驾驶人员对车辆的部分功能进行相应的控制，以此来保证汽车的行驶安全，为驾驶者提供一定的驾驶便利性，一般情况下，辅助驾驶系统主要包括机动系统、车辆跟踪系统和泊车系统等。

4、工业过程中的智能控制应用。生产过程的智能控制主要包括两个方面：局部级和全局级。局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计，例如智能PID控制器、专家控制器、神经元网络控制器等。研究热点是智能PID控制器，因为其在参数的整定和在线自适应调整方面具有明显的优势，且可用于控制一些非线性的复杂对象 。全局级的智能控制主要针对整个生产过程的自动化，包括整个操作工艺的控制、过程的故障诊断、规划过程操作处理异常等。

参考文献

[1] 冯川，夏巍.浅析基于智能控制的工业过程控制自动化研究[J].工业，2017 （5）：00012-00012

[2] 王飞跃，魏庆来.智能控制：从学习控制到平行控制[J].控制理论与应用，2018，35（7）： DOI：10.7641/CTA.2018.80325.

[3] 杨新民.智能控制技术在火电厂应用研究现状与展望[J].热力发电，2018，47（2）：1002-3364.

[4] 胡玉睿.智能建筑中自动化控制技术的应用[J].工程技术研究，2017，（1）：35-36.DOI：10.3969/j.issn.1671-3818.2017.01.020.

[5] 张国庆，程文彬，彭芳等.现代物流系统中智能移动机器人的自主性控制技术分析[J].物流科技，2017，40（3）：38-40.

[6] 吕春美.基于用户的供区电压改善控制技术研究及应用[J].智能电网，2017，5（2）：201-206.DOI：10.14171/j.2095-5944.sg.2017.02.015.

[7] 德国风电智能控制技术取得重要进展[J].电力系统自动化，2012，36（5）：111-111.